可持续发展和气候变化意识日益成为许多组织应对气候变化倡议的关键目标。如果世界是来要想实现其气候变化目标,油气行业必须发挥作用;统计数据表明,仅这一行业就占了所有人为温室气体排放的9%。许多天然气行业的公司正在探索的一个方向是逐步使用和/或重新利用现有的管道基础设施来输送氢气一种低碳分子。
因此,投资氢技术正变得具有吸引力和重要性,它既是帮助各国政府实现气候变化目标的一种手段,也是通过引领清洁技术实现经济复苏的一条途径。许多人认为,利用天然气电网输送氢气是实现健全的能源政策、环境管理和经济繁荣的现实途径。
气候变化和氢的使用
碳捕获技术已经存在了几十年,并且已经在一些行业中使用。它在减少管道的碳排放方面也起着至关重要的作用。事实上,据估计,到2050年,它将减少多达46%的工业排放。碳捕获的主要技术包括膜法、氧燃料燃烧、吸收、多相吸收、吸附、化学环燃烧、钙环燃烧和低温。吸收,或用胺洗涤碳是目前使用的主要捕获技术。然而,许多分析师和行业专家表示,到2020年,碳捕获需要更具成本竞争力,才能达到帮助各国实现净零排放所需的部署速度。
然而,即使有了碳捕获技术,气候变化和围绕它建立立法的举动,也使美国和加拿大的许多管道的未来变得不确定,因为这些国家的目标是摆脱化石燃料的燃烧。然而,与天然气不同的是,氢气燃烧时不会向空气中排放二氧化碳。它还可以通过燃料电池发电,水是唯一的废物。氢只有在使用低碳或无碳排放能源(如生物质能、核能、可再生能源或化石燃料)与碳捕获技术相结合的情况下才被认为是清洁的,但它可以使用太阳能发电厂或风力发电场提供动力的电解槽来生产,而且它也可以成为储存大量可再生能源的一种手段。
从环境的角度来看,在天然气中添加氢可以显著减少温室气体的排放。加氢后,天然气中的碳浓度会降低。
然而,最大的优势可能是人们相信氢气可以使用与现在运输天然气相同的基础设施。
利用天然气基础设施进行氢运输的陷阱
氢气可以在高压容器中以气体的形式运输,在隔热容器中以液体的形式运输,以甲醇或氨的加工形式运输,或在化学载体介质中运输。然而,最经济可行的方法是通过管道。在相同体积的情况下,氢的密度较小,对应的质量比甲烷轻。这意味着相同的管道基础设施可以在相同的压力下在给定的时间内输送更多的氢气,而能量输送能力只是稍微小一点。
然而,由于氢气的分子比天然气小得多,如果没有适当的密封,通过天然气管道输送氢气可能会增加泄漏的风险。氢气也要轻得多,这意味着设计用来输送天然气的压缩机往往不能很好地工作。
另一个限制因素是现有管道的材料耐久性。某些类型的钢管暴露在高浓度和高压的氢气中会降解,而聚合物管能够更好地处理氢气。
由于氢气的物理和化学性质与天然气不同,现有的天然气系统需要仔细的评估和验证,以确保兼容性和安全性。效果高度依赖于具体的材料成分,必须根据具体情况进行评估。
幸运的是,世界各地的试点项目正在通过现有的管道基础设施测试氢气运输,包括将氢气与其他燃料混合以及测试不同的管道材料。
隔离垫片在氢燃料运输中的作用
与天然气相比,氢气更容易泄漏,特别是从最初不是为其运输而设计的管道段,因为氢分子的尺寸很小。因此,防止泄漏成为一个重要的考虑因素,需要通过仔细选择和安装紧密密封以及适当的测试来解决。适用于改造现有输送装置以输送氢气的管道密封的示例如下GPT EVOLUTION隔离垫圈。EVOLUTION是一种完全封装的隔离垫圈,厚度为3mm。其最小的厚度有助于使安装更容易,其完全封装允许密封垫进行水力测试,以确保管道完全密封。
EVOLUTION内径有双重密封:凹面GYLON内径(ID)密封和PIKOTEK VCFS密封。后者是一种二级密封,安装在绝缘层压板上,并永久粘接在管道金属芯/内径上。密封直径略大于管道内径,使其在压缩下与管道内径相匹配。这些密封可以阻止任何介质从管道中渗透,并将EVOLUTION的泄漏率降低到平均每10000年只有1cc的氦气泄漏。因此,EVOLUTION是一种可行的密封解决方案,可用于输送包括氢气在内的许多物质。
EVOLUTION还在含硫化氢的酸性介质中进行了详尽的测试,测试结果表明,该材料既没有渗透性,也没有降解,不仅满足了行业需求,而且提供了一个高性能的标准。该产品具有防火安全性,并已成功应用于氢气应用。
天然气运输的底线
美国有一个重要的天然气运输和储存网络。虽然公司正在探索利用现有资产运输氢气,但需要仔细考虑氢气的独特性质,以及它们如何影响管道资产。需要进行更多的测试,但较小的氢分子尺寸表明,管道组件的适当密封将是保持管道完整性的关键因素。